没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
基于高阶环路的高动态GPS基带信号处理器设计.pdf
1.该资源内容由用户上传,如若侵权请联系客服进行举报
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
版权申诉
0 下载量 70 浏览量
2023-04-27
12:58:34
上传
评论
收藏 627KB PDF 举报
温馨提示
![preview](https://dl-preview.csdnimg.cn/87735281/0001-f6672359e61a6acc383369e6960b9093_thumbnail.jpeg)
![preview-icon](https://csdnimg.cn/release/downloadcmsfe/public/img/scale.ab9e0183.png)
试读
11页
基于高阶环路的高动态GPS基带信号处理器设计.pdf
资源推荐
资源详情
资源评论
![zip](https://img-home.csdnimg.cn/images/20210720083736.png)
![pdf](https://img-home.csdnimg.cn/images/20210720083646.png)
![pdf](https://img-home.csdnimg.cn/images/20210720083512.png)
![zip](https://img-home.csdnimg.cn/images/20210720083736.png)
![rar](https://img-home.csdnimg.cn/images/20210720083606.png)
![zip](https://img-home.csdnimg.cn/images/20210720083736.png)
![7z](https://img-home.csdnimg.cn/images/20210720083312.png)
![rar](https://img-home.csdnimg.cn/images/20210720083606.png)
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87735281/bg1.jpg)
基于高阶环路的高动态 GPS 基带信号处理器设计
摘要:当接收机和卫星之间相对动态较小,即在低多普勒频移和低多普勒加速度环境下,
传统的 GPS 接收机能正常工作。但是,在高动态环境下,传统的接收机不再能够跟踪信号,
会导致 GPS 卫星的位置,速度和时间失锁。一般而言,传统接收机中的多普勒平移为
7KHz
,
多普勒加速度为
1Hz / s
,然而高动态环境下,多普勒频移扩展到
25KHz
,多普勒加速度
增加到大约
100Hz / s
。因此,在高动态环境下开发接收信号算法成了一项具有挑战性的任
务。为了解决这个问题,本篇论文介绍了一种新型高阶锁频环(FLL)辅助锁相环(PLL)技术。
二阶 FLL 通过频率频率牵引降低锁定时间,从而减少高动态环境下接收机的频率误差,使得
三阶 PLL 能够更加精确地锁定高速变化的信号相位。该算法用 Matlab/Simulink 仿真并用模
拟数据进行评估。结果表明,在输入信号大范围动态变化时,使用高阶环路算法有很大改进。
关键词:基带处理器,GPS,高动态,高阶环路
1. 引言
美国太空无线电导航系统称为全球定位系统(GPS),它为军用和民用用户提供了实时导
航、定位和定时服务。位置、三维坐标中的速度和用户接收机的时间是三个从 GPS 接收机中
获得的重要参数。在传统 GPS 系统中,所有的卫星通过两个频率进行广播,
L1
信号用
1.57542GHz
收发,
L2
信号用
1.2276GHz
收发。在 GPS 中,我们利用 CDMA 扩频技术进行
卫星通信,每个卫星都利用互相独立的高速伪随机(PRN)序列对低比特率的信息数据进行编
码,在接收端以 20ms 每数据位展开。通过解调数据,利用伪距和三角伪距,接收机能够提
供位置,速度和时间等信息。
然而,GPS 接收机是依靠电磁信号与卫星进行通信,更加容易受到无线干扰。像房屋树
木这样的障碍物能够反射信号,从而导致在GPS 屏幕上会有100 英尺的漂移。它不能在室内、
水下、隧道、地铁和大城市工作,因为在这些地方很少能连续地保持与卫星的无线连接。GPS
的另一个缺点就是提供全球覆盖的 GPS 信号不能均匀平等的分布在各个区域。GPS 卫星轨道
与赤道呈 55°夹角,使其更好地覆盖了美国和大多数大洲地区,却很少覆盖了北部和南部
高维度地区。斯堪的纳维亚、加拿大和俄罗斯的北部就受到影响。
此外,高速运动的汽车等物体产生的多普勒频移和多普勒加速度快速变化的现象也会使
得接收机工作失败。对于固定的接收机而言,其多普勒频移为
7KHz
,但在高动态接收机
中其多普勒频移扩大到
100KHz
,使得 GPS 信号不总是精确的。
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87735281/bg2.jpg)
图 1 基本 GPS 接收机
当处理环境的多变时,对于接收机设计者来说,跟踪高动态变化的 GPS 信号是一大挑战。
动态独立系统的优化问题通常可以简化为精确的度量问题。因此,可以引入结合 GPS 接收机
的惯性导航系统(INS)来解决这个问题 。然而,这是一个昂贵的解决办法,无法适用于低
成本应用。一个典型的接收机框图如图 1 所示 。在基本 GPS 接收机中,GPS 卫星发送的信
号被接收天线接收,然后通过数字处理器进行处理。射频(RF)前端对接收信号进行频率和幅
度转换,随后接收信号被数字化并传入到数据采集捕获模块。数据采集捕获模块决定了在卫
星和接收机相对运动导致的多普勒影响下信号是否存在。跟踪算法是由延时环(DLL: Delay
Locked Loop)和科斯塔锁相环 (CPLL)构成的,它能够从数据采集捕获模块中提取粗值对
[2]
[1]
50Hz
的导航信号进行微调
[3]
。导航信号中的星历表和年历等参数可以协助确定卫星的位置
并且最终计算用户的位置。
在本篇论文中,相对于其他传统的方法,我们提出了一个简单的算法来减少高动态下接
受机的频率误差。我们运用 FLL(Frequency Locked Loop)协助 PLL(Phase Locked Loop)的
结构,即二阶 FLL 协助三阶 PLL 的优化方案
[4][5]
。
传统跟踪高动态信号的方法有一阶 FLL 协助二阶 PLL,其不能检测反射和加速变化应力
[6]
。同样的,扩展卡尔曼滤波器(EKF: extended Kalman filter)也被用来跟踪传统的呈现
[7]
高动态的轨道 ,但是如果初始状态的估计值超过了边界,就会导致滤波器不再是线性的,
将会快速发散。在我们讨论的技术中,FLL 利用频率牵引技术减少锁定时间,避免错误锁定
并且能够确保在高动态环境下对扩频信号的跟踪。这种在宽带上具有前向纠错的二阶 FLL
环路能使得三阶 PLL 环路精确地跟踪高动态变化的信号相位。另外,FLL 的频率牵引减少了
PLL 的传输带宽,抑制了噪声,提高了PLL 锁定载波相位的精确性。一阶和二阶的 PLL 能够
对信号的相位和频率阶跃进行跟踪,而三阶PLL 可以跟踪频率斜升信号 ,这在高动态环境
下的跟踪相当有效。为了有效地跟踪载波相位,PLL 环路带宽应当尽量窄,增加 PLL 环路带
宽会引入更多的噪声,然而动态跟踪的误差会随着环路带宽的减少而增加 。因此,载波环
路带宽应该足够窄,能够可靠地跟踪小于 5g 的加速度和 5g/s 的加加速度(加速度的衍生物)
的载波相位。
本文提到的技术已经在 Matlab 的 Simulink 平台上实现。Simulink 提供了一个独立实
现代码(MATLAB 功能,仿真图和状态流程图)到 C 和 C++代码的谈话,其优势在于实时应用
[9]
[8]
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/87735281/bg3.jpg)
可以有效开发,运用此平台的另一优点是它能够与 Xilinx 系统互通,将 Simulink 模型
转化为硬件可实现模型。
2. 高动态跟踪分析
高动态意味着速度和其派生参数的大范围变化。一般有两种基本的高动态轨道,一种是
近似线性加速运动,另一种是近似圆周运动。线性轨道意味着一个持续加速的过程,而圆周
轨道的速度及其派生参数是正弦波,与圆周运动相符合
[10]
。利用传统的 GPS 接收机很难对这
些高动态轨道进行跟踪。高动态对个人跟踪信道的影响是由 GPS 系统的相对几何学完全决定
的。每个信道呈现接收机和卫星视距之间的速度和加速度。由于这些参数一般是小于等于总
的动态参数,每个信道受到的影响不如总的动态影响那么严重。
GPS 卫星发送伪随机序列,即在
L1
频带上发送 C/A 码。这个 C/A 码是以 50bit/s 速率
进行双相调制的,每个卫星在时钟频率
1.023MHz
上以 1023 个码片周期使用这个伪随机信
号。接收机使用分段码和载波锁相环路跟踪时间延迟、载波频率和相位来分别估计伪变化范
围和变化速率。将载波上的多普勒频移记作
f
d
,码字上的多普勒频移记作
f
dc
,则
f
d
f
L1
v
r
(1)
c
v
r
(2)
c
f
dc
f
code
其中
v
r
是卫星和接收机之间的相对速度;
c
是光速;
f
L1
是
L1
上的载波频率;
f
code
是
C/A 码频率。载波和 C/A 码上多普勒频率之间的关系为
f
dc
f
code
f
d
(3)
f
L1
式(4)表示了码延迟的变化。在
T
秒内码延迟的变化量
可以表示为
T
f
d
(4)
f
L1
捕获算法近似估计了多普勒频移
T
和码延迟
,从而提供了式(5)和式(6)所表示的同
相和正交的信号表达式
I
i
Ad
i
R(
ei
)sin c(( f
ei
e
T
ci
)T
ci
) cos(
ei
) n
Ii
(5)
2
Q
i
Ad
i
R(
ei
)sin c(( f
ei
e
T
ci
)T
ci
)sin(
ei
) n
Ii
(6)
2
其中,
ei
是在第
i
个时间间隔上的码延迟误差;
f
ei
是第
i
个时间间隔开始时的多普勒
剩余10页未读,继续阅读
资源评论
![avatar-default](https://csdnimg.cn/release/downloadcmsfe/public/img/lazyLogo2.1882d7f4.png)
![avatar](https://profile-avatar.csdnimg.cn/default.jpg!1)
hhappy0123456789
- 粉丝: 64
- 资源: 5万+
上传资源 快速赚钱
我的内容管理 展开
我的资源 快来上传第一个资源
我的收益
登录查看自己的收益我的积分 登录查看自己的积分
我的C币 登录后查看C币余额
我的收藏
我的下载
下载帮助
![voice](https://csdnimg.cn/release/downloadcmsfe/public/img/voice.245cc511.png)
![center-task](https://csdnimg.cn/release/downloadcmsfe/public/img/center-task.c2eda91a.png)
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
![dialog-icon](https://csdnimg.cn/release/downloadcmsfe/public/img/green-success.6a4acb44.png)